[发明专利]三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法

说明书

本申请涉及一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法，属于三维扫描技术领域，在控制方法中，首先对控制装置进行三维扫描，生成初始靶标数据文件和初始二维码像控数据文件；然后对文物和控制装置进行三维扫描并生成当前球心坐标数据，扫描完毕对文物和控制装置拍照；根据靶标球的当前球心坐标数据与初始靶标数据计算坐标变换参数；依据坐标变换参数对各像控二维码的初始坐标进行变换并用于摄影测量数据处理进行自动像控，使摄影测量网格模型与三维扫描网格模型对齐。本申请提供的一体化控制装置及控制方法实现了三维扫描数据与摄影测量网格模型的自动对齐，提高了文物三维数字化的精度和工作效率。

技术领域

本申请涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法。

背景技术

对文物进行三维数字化处理是开展文物研究和文化普及工作的重要手段，文物三维数字化即得到文物的纹理模型。纹理模型由网格模型和纹理贴图组成，其中，网格模型表达的是文物的空间信息，用于呈现文物的形态；纹理贴图表达的是文物的颜色信息，用于呈现文物的视觉特性。

构件文物的纹理模型多采用三维扫描与摄影测量相结合的方法。三维扫描可以获得高精度、高密度的点云，经处理后构建文物的三维扫描网格模型；摄影测量的方法则采用拍摄高分辨率照片并经三维重建的步骤进行处理，经三维重建后的模型包含摄影测量网格模型和摄影测量纹理贴图两个组成部分。将三维扫描与摄影测量相结合即可获得高精度高保真的纹理模型。三维扫描与摄影测量相结合的方法有两种：一种是将摄影测量纹理贴图映射到三维扫描网格模型，另一种是在对摄影测量数据处理时导入扫描点云参与三维重建。在这两处处理方法中，都需要进行空间数据对齐处理。即，必须将三维扫描网格模型与摄影测量网格模型对齐，对齐越准确，则映射质量越高；必须将扫描点云与将要生成的摄影测量网格模型对齐，对齐越准确，三维重建质量越高。

在进行空间数据对齐时，从数学意义上涉及平移、旋转和缩放7个参数，分别是：三个坐标平移量ΔX、ΔY、ΔZ，三个坐标轴的旋转角度θ_x、θ_y、θ_z以及尺度因子m。

理论上，坐标平移量ΔX、ΔY、ΔZ等于0，坐标轴的旋转角度θ_x、θ_y、θ_z等于0，尺度因子m等于1，表示两种空间数据完全对齐并重合，可实现纹理贴图映射或扫描点云参与三维重建的最佳效果。

目前，两种方法的空间数据的对齐，是借助于软件用以下方式人工操作实现的：

(1)三维扫描网格模型与摄影测量网格模型对齐：①目视观察操作，对模型进行平移、旋转、缩放，使两个模型大致对齐；②目视观察判断两个模型的特征，选取若干具有对应的特征点对作为对齐点(不少于4对，且分布合理)；③根据指定的特征点对由软件解算对齐参数，进行模型变换处理，使两者对齐；

(2)扫描点云与将要生成的摄影测量网格模型对齐：在摄影测量控制的照片刺点时，目视观察判断扫描网格模型与摄影测量照片的共同特征，找到共同特征点后，从扫描网格模型上取点的XYZ坐标，赋给照片刺点的像控点，刺点数满足摄影测量规范要求后，提交摄影测量数据处理软件进行后续处理，完成三维重建。

然而，以上两种空间数据对齐方法，在特征点对判断的正确性、操作鼠标指点的准确性、所选特征点对分布的合理性等方面，完全依赖目视观察、人为判断，不同的操作人员的观察判断不一样，难以保证对齐的精度，工作费时费力，严重影响文物三维数字化的质量和效率。

发明内容

为了提高文物三维数字化的质量和效率，本申请提供一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法。

第一方面，本申请提供的一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置采用如下的技术方案：

一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置，包括：